[發明專利]一種高效率的糾纏源產生裝置及制備方法

在審

• 申請號: 202110706292.0
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113376927A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 劉洋;江揚帆;張強
• 申請（專利權）人: 濟南量子技術研究院
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/365
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產權代理有限公司 11678
• 代理人: 程凌軍

本發明提出一種新的糾纏源產生裝置及制備方法，其中通過利用周期極化鈮酸鋰薄膜脊型波導實現自發參量下轉換過程，并借助單模光纖實現對糾纏源的收集，使得允許在自發參量下轉換過程中輸出與單模光纖相匹配的基模模式，并借助空間光路以模式匹配的方式將糾纏源耦合到單模光纖中，從而憑借極高的單模耦合效率，實現高效率、高亮度和高品質的糾纏源。同時，在本發明所提出的經光纖/波導?空間?光纖耦合方式制備糾纏源的方案中，還允許以簡單、成熟的方式實現高的耦合、干涉及濾波效率，進一步提高糾纏源的品質。

技術領域

本發明涉及量子光學和量子信息領域，尤其涉及一種高效率的糾纏源產生裝置及制備方法。

背景技術

光學體系的雙光子糾纏態的產生一般基于非線性晶體、波導或光纖中的非線性效應，通過自發參量等過程產生關聯光子對并進一步干涉產生糾纏。基于非線性晶體自發參量轉換過程制備糾纏源是比較常用的制備方式，且晶體通常使用BBO晶體、周期極化晶體如周期極化磷酸氧鈦鉀(PPKTP)、周期極化鈮酸鋰(PPLN)晶體等。

非線性晶體中的自發參量下轉換(SPDC)過程產生糾纏光子對是最成熟的方法，SPDC是強泵浦光在非線性介質中與量子真空噪聲導致的自發輻射進行參量震蕩所產生的，SPDC即一個高頻抽運光子以某一概率自發地分裂為一對低頻的下轉換光子——信號光子、閑頻光子。后來出現了利用PPKTP(周期極化KTiOPO4)、PPLN(周期極化LiNbO3)等周期極化的非線性晶體和準相位匹配技術產生糾纏光子對，準相位匹配(QPM)技術是一種通過對光學晶體非線性極化率進行周期性調制來補償由于折射率色散所造成的光波之間相位失配的技術。目前比較新的方案是利用SPDC和QPM技術結合干涉環(Sagnac干涉儀、MZ干涉儀等)制備量子糾纏態。

然而，目前的糾纏源制備方案或是采用純光纖光路結構，或者采用晶體的純空間光路結構來實現。發明人通過研究發現，目前的糾纏源制備方案中，其整體制備效率仍然存在提升空間，例如：在純光纖光路結構下，其耦合、干涉及濾波效率均受到限制，處于較低水平，從而導致整體制備效率不高；在采用晶體的純空間光路結構下，其在糾纏源收集效率方面存在限制，導致整體制備效率不高。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明提出一種新的糾纏源產生裝置及制備方法，其中通過利用周期極化鈮酸鋰薄膜脊型波導實現自發參量下轉換過程，并借助單模光纖實現對糾纏源的收集，使得允許在自發參量下轉換過程中輸出與單模光纖相匹配的基模模式，并借助空間光路以模式匹配的方式將糾纏源耦合到單模光纖中，從而憑借極高的單模耦合效率，實現高效率、高亮度和高品質的糾纏源。同時，在本發明所提出的經光纖/波導-空間-光纖耦合方式制備糾纏源的方案中，還允許以簡單、成熟的方式實現高的耦合、干涉及濾波效率，進一步提高糾纏源的品質。

本發明的第一方面涉及一種糾纏源產生裝置，其包括抽運光源、分光模塊、第一和第二關聯光子對生成光路、干涉模塊、以及收集模塊；其中，

所述抽運光源用于產生抽運光；

所述分光模塊被設置用于將所述抽運光分成第一抽運光分量和第二抽運光分量；

所述第一和第二關聯光子對生成光路分別被設置用于使所述第一和第二抽運光分量在PPLN薄膜脊型波導中發生II型自發參量下轉換以生成第一和第二關聯光子對，且所述第一和第二關聯光子對同時到達所述干涉模塊；

所述干涉模塊被設置用于允許所述第一和第二關聯光子對發生干涉作用，生成第一和第二糾纏光子對；

所述收集模塊被設置用于借助單模光纖收集所述糾纏光子對。

進一步地，所述分光模塊包括第一偏振分束器，或者包括分束器和偏振控制元件；以及/或者，所述干涉模塊包括第二偏振分束器。